紅石嘴樞紐沖砂閘下游消能設(shè)施除險(xiǎn)加固研究

汪劍安，陳玉兵

(1. 安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局，安徽 六安 237005；2.安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局紅石嘴管理處，安徽 金寨 237000)

2016年入汛以來(lái)，紅石嘴渠首樞紐工程在經(jīng)受住洪水考驗(yàn)的同時(shí)，其部分建筑物遭受了不同程度的損壞。其中沖砂閘下游海漫、護(hù)坡等部位損壞嚴(yán)重。為確保樞紐工程安全度汛，必須對(duì)沖砂閘下游消能設(shè)施進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

1 加固方案

本次應(yīng)急水毀修復(fù)主要內(nèi)容對(duì)紅石嘴沖砂閘下游消能設(shè)施進(jìn)行加固。

1.1 沖砂閘下游消能設(shè)施設(shè)計(jì)

洪水過(guò)后，沖砂閘下游海漫大部分沖毀，兩岸干砌石護(hù)坡坍塌嚴(yán)重，左岸長(zhǎng)度約16.5m，右岸長(zhǎng)度約30m。根據(jù)消能防沖復(fù)核計(jì)算，紅石嘴沖砂閘現(xiàn)狀消能工不能滿足設(shè)計(jì)消能要求，需增加一級(jí)消力池尾坎高度，并需增設(shè)二級(jí)消力池。經(jīng)計(jì)算一級(jí)消力池尾坎高度2.1m，現(xiàn)狀消力坎高1.8m。本次加固對(duì)原消力坎表面進(jìn)行鑿毛，澆筑400mm厚鋼筋砼面層，加固后消力坎頂面高程為62.10m。

本次應(yīng)急水毀修復(fù)增設(shè)二級(jí)消力池長(zhǎng)35m，其中斜坡段長(zhǎng)19.20m。水平段長(zhǎng)15.80m。消力池寬38m，池深1.72m，池底高程57.30m，底板厚0.5m，尾坎高1.72m，末端坎頂高程58.50m。消力池底板設(shè)φ100mm@2000mm排水孔，底板下部設(shè)置反濾層厚600mm，其下設(shè)土工布1層。消力池為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為適應(yīng)溫度及沉陷變形，沿底板順?biāo)飨驅(qū)ΨQ軸線分兩塊澆筑，分塊間設(shè)伸縮縫。消能剖面圖，如圖1所示。

圖1 沖砂閘下游消能剖面圖

二級(jí)消力池兩側(cè)采用C20混凝土重力式擋土墻，各長(zhǎng)35m。擋土墻頂寬0.5m，墻高4.8m，墻頂高程62.10m；擋土墻底板厚0.5m，寬3.5m，前后趾長(zhǎng)度均為0.5m。海漫段兩側(cè)采用C20混凝土重力式擋土墻，兩側(cè)墻長(zhǎng)度均為30m。擋土墻頂寬0.4m，墻高3.2m，墻頂高程62.10m～61.70m；擋土墻底板厚0.4m，寬2.8m，前后趾長(zhǎng)度均為0.4m。擋土墻排水管材料、規(guī)格、間距均為DN-75@2000，進(jìn)口用土工布包扎。擋土墻頂至岸坡設(shè)3.0m寬平臺(tái)，平臺(tái)高程62.10m，平臺(tái)以上至65.40m高程采用120mm厚C20混凝土預(yù)制鎖塊護(hù)坡，下設(shè)100mm瓜子片墊層。

在二級(jí)消力池后布置M10漿砌塊石海漫長(zhǎng)15.0m，厚0.4m，下設(shè)100mm碎石墊層；漿砌石海漫后接10.0m長(zhǎng)干砌石海漫，厚0.4m，下設(shè)100mm碎石墊層；海漫末端設(shè)5.0m長(zhǎng)拋石防沖槽，防沖槽頂面高程為58.50m，槽深1.5m，底寬2.0m，防沖槽后接現(xiàn)狀河道。

在二級(jí)消力池尾坎采用高壓擺噴樁進(jìn)行地基加固，孔徑0.9m，孔距0.80m。旋噴樁底高程為37.50m，樁頂高程為46.53m，樁深8.93m。

由于史河公路橋橋墩位于二級(jí)消力池水平段內(nèi)，本次對(duì)橋墩進(jìn)行外包C25鋼筋砼保護(hù)，橋墩外包厚度0.5m，高度為二級(jí)消力池底板以上1.6m。

1.2 消能防沖計(jì)算

沖砂閘消能防沖設(shè)計(jì)條件：上游水位(庫(kù)水位)為69.00m，下游水位(史河水位)為63.50m，開(kāi)閘下泄流量347m3/s。采用文[4]附錄B消能防沖計(jì)算公式，經(jīng)計(jì)算沖砂閘和洪河閘一級(jí)消能復(fù)核結(jié)果如表1所列。

表1 沖砂閘一級(jí)消能復(fù)核結(jié)果

經(jīng)計(jì)算沖砂閘一級(jí)消力池尾坎高度2.1m，現(xiàn)狀消力坎高1.8m。本次加固對(duì)原消力坎加高0.3m至62.10m，并需增設(shè)二級(jí)消力池。

1.3 二級(jí)消力池計(jì)算

采用文[4]附錄B消能防沖計(jì)算公式，經(jīng)計(jì)算沖砂閘和洪河泄水閘二級(jí)消能計(jì)算結(jié)果如表2所列。

表2 沖砂閘二級(jí)消力池計(jì)算結(jié)果

1.4 翼墻穩(wěn)定計(jì)算

沖砂閘和洪河泄水閘擋土墻的穩(wěn)定計(jì)算及地基應(yīng)力如表3所列。

表3 擋土墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

經(jīng)計(jì)算，沖砂閘擋土墻抗滑、抗傾穩(wěn)定及基底應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

2 加固效益

加固效益表現(xiàn)如下

(1) 運(yùn)行效果良好。 紅石嘴樞紐沖砂閘下游消能設(shè)施除險(xiǎn)加固工程實(shí)施已有2年多時(shí)間，經(jīng)過(guò)2年的運(yùn)行觀測(cè)(2018年、2019年相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)如表4所列),工程能滿足運(yùn)行要求，效果良好。

表4 紅石嘴樞紐沖砂閘下游除險(xiǎn)加固后運(yùn)行情況

(2)防洪標(biāo)準(zhǔn)提高 。該工程通過(guò)除險(xiǎn)加固后，確保了主要樞紐工程達(dá)到50年1遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

(3)防洪能力提升。 紅石嘴樞紐沖砂閘功能主要是將沉積在閘前的泥沙排至下游河道，通過(guò)加固，洪水期可利用沖砂閘兼泄部分洪水，提升了史河總干渠的防洪能力；灌溉期保障向下游河南省6.53×104hm2良田灌溉和下游人民的灌溉用水、生活用水。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施，保障紅石嘴樞紐工程安全運(yùn)行。針對(duì)除險(xiǎn)加固項(xiàng)目設(shè)計(jì)，除了考慮原設(shè)計(jì)情況，還結(jié)合工程實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行校驗(yàn)設(shè)計(jì)，從而滿足工程現(xiàn)狀運(yùn)行。